用于储能装置的反极快速均压控制器及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及储能装置的均压控制技术。
【背景技术】
[0002] 能源技术的革命催生了新技术，电动汽车方兴未艾，太阳能风能发电技术日益兴 起，节能减排迫在眉睫，而这些技术的发展都需要电能储存技术作为支撑。现在普遍的电能 储存方法有超级电容储能技术，锂电池储能技术，铅酸蓄电池储能技术等，而这些储能单体 的端电压都比较低，需要串联使用。
[0003]由于储能单体自身参数的不同，在串联使用时每个单体的端电压就会有差异，而 电压比较高的储能单体会受到损坏，这种损坏会进一步加剧端电压的差异，最终导致整个 串联储能装置损坏。电压均衡技术可以有效的减少端电压差异，使各储能单体端电压达到 一致。但常规的电压均衡技术采用能量消耗的形式，导致电压均衡器对电能的利用率较底， 而且电压均衡过程中存在多个储能单元能量相互耦合现象，导致电压均衡速度非常慢。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决但常规的电压均衡技术都是采用能量消耗的形式，导致 电压均衡器对电能的利用率较底，而且电压均衡过程中存在多个储能单元能量相互耦合现 象，导致电压均衡速度非常慢的问题，提供一种用于储能装置的反极快速均压控制器及控 制方法。
[0005] 本发明所述的用于储能装置的反极快速均压控制器，包括均衡电路中央处理器 (1)、反极式电路能量传递单元（2)、反激式开关电源能量传递单元（3)和电压采样单元
[5] ；
[0006] 电压采样单元（5)用于采集储能装置（4)的n个储能单元的端电压，n为整数，且 n彡2 ;
[0007] 反极式电路能量传递单元（2)包括n-1个反极式电路能量传递模块；
[0008] 电压采样单元（5)的信号输出端连接均衡电路中央处理器（1)的电压采样信号输 入端，均衡电路中央处理器（1)的n个控制信号输出端分别连接n-1个反极式电路能量传 递模块的控制信号输入端和反激式开关电源能量传递单元（3)的控制信号输入端；
[0009] 第j个反极式电路能量传递单元（2)用于在第j个储能单元和第j+1个储能单元 之间传递能量，1 <j<n-1，反激式开关电源能量传递单元（3)用于在第n个储能单元和 第1个储能单元之间传递能量；
[0010] 所述的均衡电路中央处理器（1)内嵌入由软件实现的均压控制模块，该均压控制 模块包括以下单元：
[0011] 信号读取单元：不断读取电压采样单元（5)发来的信号；
[0012] 第一判断单元：判断Vi是否大于Vi+1，并在判断结果为是时启动第j能量传递控制 单元，在判断结果为否时令i=i+1，然后启动第二判断单元，其中Vi为第i个储能单元的 端电压，i的初始值为1 ;
[0013] 第i能量传递控制单元：向第i个反极式电路能量传递模块发送控制信号，以启动 第i个反极式电路能量传递模块，令i=i+1 ;
[0014] 第二判断单元：判断i是否等于n，并在判断结果为是时启动第三判断单元，在判 断结果为否时启动第一判断单元；
[0015] 第三判断单元：判断Vn是否大于Vi，并在判断结果为是时启动第n能量传递控制 单元，在判断结果为否时令i= 1，然后启动第一判断单元；
[0016] 第n能量传递控制单元：向反激式开关电源能量传递单元（3)发送控制信号，以启 动反激式开关电源能量传递单元（3)。
[0017] 所述的反极式电路能量传递模块包括一号开关管、电感和一号一号二极管，对于 第n-j-1个反极式电路能量传递模块，其一号开关管的集电极连接第n-j-1个储能单元的 正极，该一号开关管的发射极同时连接电感的一端和一号二极管的阴极，该一号开关管的 基极作为所述第n-j-1个反极式电路能量传递模块的控制信号输入端，一号二极管的阳极 连接第n-j个储能单元的负极，电感的另一端连接第n-j-1个储能单元与n-j个储能单元 的公共端。
[0018] 所述的反激式开关电源能量传递单元（3)包括二号二极管、二号开关管和变压器 (T)，二号二极管的阴极连接第1个储能单元的正极，二号二极管的阳极和第1个储能单元 的负极分别连接变压器（T)副端的两个接线端，二号开关管的集电极连接第n个储能单元 的正极，二号开关管的发射极和第n个储能单元的负极分别连接变压器（T)原端的两个接 线端，构成变压器（T)的两个电感正接，且与二号开关管发射极和二号二极管阳极连接的 两个接线端为变压器（T)的同名端。
[0019] 本发明所述的用于储能装置的反极快速均压控制方法是基于下述装置实现的，所 述装置包括均衡电路中央处理器（1)、反极式电路能量传递单元（2)、反激式开关电源能量 传递单元（3)和电压采样单元（5);
[0020] 电压采样单元（5)用于采集储能装置（4)的n个储能单元的端电压，n为整数，且 n彡2 ;
[0021] 反极式电路能量传递单元（2)包括n-1个反极式电路能量传递模块；
[0022] 电压采样单元（5)的信号输出端连接均衡电路中央处理器（1)的电压采样信号输 入端，均衡电路中央处理器（1)的n个控制信号输出端分别连接n-1个反极式电路能量传 递模块的控制信号输入端和反激式开关电源能量传递单元（3)的控制信号输入端；
[0023] 第j个反极式电路能量传递单元（2)用于在第j个储能单元和第j+1个储能单元 之间传递能量，1 <j<n-1，反激式开关电源能量传递单元（3)用于在第n个储能单元和 第1个储能单元之间传递能量；
[0024] 所述的均衡电路中央处理器（1)内嵌入由软件实现的均压控制方法，该方法包括 以下步骤：
[0025] 信号读取步骤：不断读取电压采样单元（5)发来的信号；
[0026] 第一判断步骤：判断1是否大于V1+1，并在判断结果为是时执行第j能量传递控制 步骤，在判断结果为否时令i=i+1，然后执行第二判断步骤，其中t为由采集电压采样单 元（5)发来的第i个储能步骤的端电压，i的初始值为1 ;
[0027] 第i能量传递控制步骤：向第i个反极式电路能量传递模块发送控制信号，以执行 第i个反极式电路能量传递模块，令i=i+1，并在该步骤结束之后执行第一判断步骤；
[0028] 第二判断步骤：判断i是否等于n，并在判断结果为是时执行第三判断步骤，在判 断结果为否时执行第一判断步骤；
[0029]第三判断步骤：判断Vn是否大于Vi，并在判断结果为是时执行第n能量传递控制 步骤，在判断结果为否时令i= 1，然后执行第一判断步骤；
[0030] 第n能量传递控制步骤：向反激式开关电源能量传递单元（3)发送控制信号，以执 行反激式开关电源能量传递单元（3)，并在该步骤结束之后执行第三判断步骤。
[0031] 本发明是一种主动式电压均衡技术，可应用在超级电容储能装置、锂电池储能装 置、铅蓄电池储能装置等，用作储能单体间的电压均衡。本发明的有益效果：
[0032] 1、具有高效率，相比较传统的电压均衡装置采用能量消耗的形式，本发明中能量 的传输只采用电感和高频变压器，理论上不消耗电能，大大减小了损耗，使均压控制器的效 率大大提尚；
[0033] 2、具有均压速度快的特性，由于直接将两个电能在相邻的两个储能单体之间传 输，而且由于配有电压采样电路使能量的传输具有针对性，能够使储能系统快速的达到均 压的目的；
[0034] 3、具有广泛的适用性，可以适用于超级电容、锂电池，铅蓄电池等串联使用组成的 能量存储装置的各储能单体的电压均衡，能够使各储能单元的端电压自动达到均衡，从而 延长储能装置的使用寿命。
【附图说明】
[0035] 图1为实施方式一所述的用于储能装置的反极快速均压控制器的原理框图；
[0036] 图2为实施方式一中的电压均衡控制模块的工作流程图；
[0037] 图3为实施方式二中的反极式电路能量传递模块的原理示意图；
[0038] 图4为实施方式二中流经电感的电流inji与流经一号二极管的电流inj随时间 的变化情况示意图，图中Lni表示第n-j-1个反极式电路能量传递模块中的电感，Dn 表示 第n-j-1个反极式电路能量传递模块中的一号二极管；
[0039] 图5为实施方式三中的反激式开关电源能量传递单元的原理示意图；
[0040] 图6为实施方式三中流经二号二极管的电流h与流经二号开关管的电流一号in 随时间的变化情况示意图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0041] 一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的用于储能装置的 反极快速均压控制器，包括均衡电路中央处理器（1)、反极式电路能量传递单元（2)、反激 式开关电源能量传递单元（3)和电压采样单元（5);